فناوری نانو در پوشش‌های آبگریز

فناوری نانو در پوشش‌های آبگریز 276 182 mohamadjavadjalilpur

وجود رطوبت و نشت آب به زیرساختهای مختلف قطعات ساختمانی و صنعتی مسئلهای شناخته شده است.

آب و رطوبت در صنایع مختلفی مانند صنعت ساختمان، صنایع دریایی، سطوح فلزی و غیره می‌تواند مشکل‌ساز باشد، به عنوان نمونه در زیر به برخی از مشکالت مرتبط با آب در صنایع مختلف اشاره شده است

رسوخ در مصالح ساختمانی، نشت آب به علت خلل و فرج داخلی و ترکهای ریز، مسئلهای شناخته شــده است. بیشتر مصالح ســاختمانی مانند گچ، بتن و سیمان دارای تخلخلهای بســیار ریز و گروههای هیدروکســیل در سطح خود هســتند. این گروههای هیدروکسیل بهخاطر شباهت با ساختار آب و ویژگی آب‌دوســتی جاذب آب بوده، بنابراین به راحتی خیس شــده و آب در سطح آنها نفوذ میکند. بنابراین به منظور جلوگیری از رشــد ترکها، پوسته شدن ســطوح رنگ و گچ، ایجاد کبک و قارچ در اثر رطوبت وغیره آب‌گریز کردن این سطوح دارای اهمیت ویژه ای است

خوردگی سطوح فلزی و فولادی به ویژه در سطح نما و جلوگیری از تضعیف مقاومت مصالح ساختمانی بتنی، مسئله مهم دیگری است که در ضد آب‌سازی به آن پرداخته می‌شود.

اســتفاده از ســطوح آب‌گریز به منظور افزایش دوام، کاهش هزینه‌ها و کاهــش زمان مورد نیاز برای نظافت نمای ساختمان مورد استفاده قرار گرفته است. پوشش‌ها و رنگ‌های خود تمیزشونده آب‌گریز به واسطه حرکت قطرات آب از روی سطح خود آلودگی‌های سطحی را میزدایند

تاریخچه سطوح آب‌گریز

 ســطوح خودتمیز شونده آب‌گریز اولین بار با کشف ریزساختار برگ نیلوفر آبی که بر خالف ظاهر صافش، دارای ســطحی زبر در مقیاس میکرو و نانو اســت، مورد توجه قرار گرفت. در این گیاه، آب به محض تماس با ســطح به شــکل قطرات کروی تجمع یافته و با لغزش از روی سطح ذرات آلودگی و خاک را با خود از روی ســطح میزداید. بنابراین سطوح خود تمیز شونده آب‌گریز با سازوکاری مشابه با برگهای نیلوفر آبی، عالوه بر دفع آب از روی ســطح خود توانایی دفع آلودگیها شامل ذرات جامد، مایعات آلی و آلودگیهای زیستی را نیز دارند

تعریف سطوح آب‌گریز

یکی از عوامل تعیین کننده در میزان تر شوندگی یک سطح، زاویه تماسی مایع با آن است. زاویه تماس برای یک مایع (قطره)، در فصل مشــترک فاز جامد و مایع، در محل تماس قطره مایع با سطح جامد تشکیل می‌شود. هرچه زاویه تماس به صفر نزدیکتر باشــد ترشوندگی بیشــتر و با افزایش زاویه تماس میزان ترشوندگی سطح کاهش می‌یابد

روشهای دستیابی به سطوح آب‌گریز

زمانی کــه یک ســطح دارای بافت زبری در مقیاس نانومتری باشــد، فصل مشــترک بین هوا و آب در یــک قطــره کــه بر روی ســطح قرار گرفته است، افزایش یافته و نیروی موئینگی بین قطره و ســطح شــدیداً کم می‌شود. بنابراین، قطره آب شــکل کروی به خود میگیرد و امکان ایســتایی ذرات آب روی سطح را از بین میرود. به طورکلی برای دستیابی به خاصیت آب‌گریزی در یک سطح، می‌توان از رنگ‌ها و پوششهای آب‌گریز اســتفاده کرد. در استفاده از رنگ‌ها و پوششها، شرایط یکسانی برای دستیابی به آب‌گریزی سطح وجود دارد. ســاختار شــیمیایی آب‌گریز و زبری ســطح دو فاکتور مهم در اســتفاده از این پوشــش‌ها و رنگ‌ها هســتند، که در زیر به توضیح مختصری پرداخته شده است

انرژی ســطحی پایین (ساختار شــیمیایی آب‌گریز):

 برای دستیابی به آب‌گریزی سطحی، لازم است که يک ســطح آبگريز با کشش سطحي بســيار پايين همراه با ميکروساختارهاي مناسب ايجاد شود. در این روش با تغییر در مورفولوژی ســطوحی با انرژی ســطحی پایین و ایجاد زبری مناسب، میتوان سطح آب‌گریزی ایجاد کرد

 زبری ســطح:

ایجاد زاویه تماس بیشتر از 120 درجه بر روی یک سطح صاف فقط با اتکا به ساختار شیمیایی آب‌گریز آن سطح، بدون هیچ بافتی در ابعاد نانو یا میکرو، تقریبا ناممکن است. بنابراین، زبری ســطح عاملی مهم در پوشــش‌های آب‌گریز اســت. در این روش پوشــش‌های نازکی از مواد با انرژی سطحی پایین به روشهای مختلف بر روی سطوحی که زبر هستند، ایجاد می‌شود.

پوشش‌های آب‌گریز مبتنی بر فناوری نانو

 پوششهای آب‌گریز، پوشــش‌های نازک نانومتری کامال شفاف بوده که قابل استفاده بر روی سطوح مختلف، مانند شیشه، چوب، سنگ وغیره هســتند و با روشهای متفاوتی بر روی این ســطوح پوشــش داده می‌شوند. نانوذرات سیلیکا مرســوم‌ترین ماده‌ مورد استفاده در پوشــش‌های آب‌گریز است که کاربرد بیشــتری نسبت به ســایر اکسیدهای فلزی دارد. با قرار گرفتن این نانو ذرات در بســتر پلیمری مناســب و عامل‌دار کردن سطح این ذرات، خاصیت آب‌گریزی مناســبی ایجاد می‌شود.

رنگ‌های آب‌گریز مبتنی بر فناوری نانو

اصوال در رنگ‌های آب‌گریز از ترکیبات حاوی عناصر ســیلیکون، مانند پلی اورگانو سیلیکان، اپوکسی پلی‌سیلوکسان و پلیمرهای حــاوی فلوئورین اســتفاده می‌شود. زاویه تماسی که در اثر اســتفاده از این رنگ‌های آب‌گریز ایجاد می‌شود کمتر از 90 درجه اســت. اســتفاده از افزودنیهــای ســیلان، اورگانوسیالن و فلوروســیلان می‌تواند این زاویه را به کمی بیشــتر از 90 درجه (یعنی داشــتن سطح با خاصیت آب‌گریز) افزایش دهد. شدت آب‌گریزی پایین و همچنین پایداری کم از معایب این رنگ‌ها به شمار میرود. در اینجاســت که اســتفاده از فناوری نانو در رنگ‌های آب‌گریز می‌تواند راه گشا باشد، تا بتوان به رنگ فوق

آب‌گریز و با خواص مطلوب دســت یافت. استفاده از افزودنیهای نانومتری به منظور افزایش زبری سطح و در نتیجه افزایش زاویه تماس، دلیل استفاده از نانو ذرات با خاصیت آب‌گریز (مانند نانو ذرات سیلیکا(  در رنگ اســت. عموما در رنگ‌های فوق آب‌گریز نانویی از نانوکامپوزیتهای آلی- معدنی استفاده می‌شود. بــه عنوان مثال در نمونــه‌ای از رنگ‌های آب‌گریز مبتنی بــر فناوری نانــو از نانوکامپوزیتهای آلی- معدنی )نانوکامپوزیت آکریلیک- سیلیکا) استفاده شده است، اندازه ذرات سیلیکا استفاده شده حدود 15 تا 30 نانومتر و اندازه نانوکامپوزیت تشکیل شده زیر 200 نانومتر است.

مزایای رنگ های آب‌گریز مبتنی بر فناوری نانو

  • از جملــه مزایای رنگ‌های آب‌گریز مبتنــی بر فناوری نانو میتوان به موارد زیر اشاره کرد
  • افزایش نفوذ رنگ بر روی سطح به دلیل استفاده از ذرات نانومتری
  • افزایــش چســبندگی رنگ‌های نانو بر روی ســطح نســبت به رنگ‌های معمولی
  • ضخامت بسیار کمتر رنگ نانو پوشیده شده بر روی یک سطح نسبت به رنگ‌های معمولی و در نتیجه صرفه‌جویی در مصرف رنگ
  • سازگار بودن رنگ‌های نانو با محیط زیست




error: Content is protected !!